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原理から応用までひと目で分かる

ガルバノスキャナ A to Z

最先端産業・研究を支える縁の下の力持ち

ガルバノスキャナは、ガルバノモーター先端のレーザー光反射鏡(ガルバノミラー)を2軸(X/Y)、場合によってはレンズを3軸目(Z)で制御することによってレーザー光をピンポイントで照射するための制御装置。レーザー加工やマーキングなど現代の精密加工技術を支える心臓部であるとともに、共焦点顕微鏡など最先端の科学研究用機器にとっても無くてはならない機構です。近年ではリモート溶接や3Dプリンタなどの最先端レーザー制御技術でも広く活躍していて、まさに社会の今と未来を支える基幹テクノロジーといえるものとなっています。

ガルバノスキャナの歴史

「ガルバノ」というのは聞き慣れない言葉かもしれません。これはガルバノスキャナの最も基本の動作原理である高感度で電流の検出計測可能な「ガルバノメーター(検流計)」に因んだもので、18世紀の医師・物理学者 ルイージ・ガルヴァーニの功績に由来してこのように呼ばれています。ガルバノメーターの原理を応用し、電流によってミラーの反射角度を制御する機構であるため「ガルバノスキャナ−」と呼ばれているわけです。最先端の光学制御技術も、その由来は18世紀の科学にまで遡るというのはとても感慨深いですね。 ルイージ・ガルヴァーニ

ガルバノスキャナの原理

ガルバノスキャナの基本的な仕組みはとてもシンプルです。

本文の初めでもご紹介した通り、X軸、Y軸それぞれのレーザー光反射鏡「ガルバノミラー」をモーターで適切な角度に回転させることでレーザー光を狙った位置に照射します。モーターの回転角度制御の精度が高いほどより精密な位置制御が可能となるため、その精密制御にガルバノメーターの原理が応用されています。

つまり、ガルバノミラー + 軸回転用モーター(ガルバノモーターとも呼ばれます) + 回転角制御機構(ガルバノメーターの原理を応用した制御用ドライバ)という3ユニットの集合体こそが「ガルバノスキャナ」というわけです。

ガルバノスキャナの構造

このようにその仕組みはとてもシンプルなガルバノスキャナですが、実際に産業・研究分野で応用する場合には、それぞれのユニットに極めて高い精度が求められます。そのため、実際に利用分野の求める性能を満たすガルバノスキャナの開発・製造には最新の設計・加工・検査能力が求められるのです。

ガルバノスキャナの用途

ガルバノスキャナはレーザー光を極めて高精度で制御することができるため、様々な先端産業・技術を影で支える「縁の下の力持ち」として幅広く利用されています。どのような作業や機能で利用されているかを見ていきましょう。

1. レーザーマーキング

「レーザーマーキング」とは、様々な対象材にレーザービームでマーキングやラベリングを行う作業です。レーザーマーキングには様々なメリットや特長がありますが、最大の特長は極めて高精度なマーキングで小さな文字や記号なども正確かつ鮮明にマーキングできるという点でしょう。これはまさにレーザー光を極めて精密な精度で制御するガルバノスキャナあってこそ実現できることです。また、ガルバノスキャナは多軸(例えばX軸/Y軸/Z軸の3次元)制御ができるため、立体形状の対象物に対しても精密なマーキングができます。

2. 材料・部品加工

現代産業では、様々な材料や部品を短時間かつ高い精度で加工することが常に求められています。特に20世紀末以降、情報化や小型化の急速な進化によって、産業用材料や部品は日進月歩でサイズダウンが進んでいます。最近ではミクロンやナノなどの極小単位制御はごく当たり前の存在となってきました。それに伴い、材料・部品加工もこれまででは実現不可能と思われてきたような極めて高精度が求められています。この市場要求に応える切り札となっているのがガルバノスキャナです。 例えばミクロンやナノ単位の精度で対象材に穴を開ける作業や複雑な2次元/3次元形状での部材カッティング、ロボットや自動化機器によるスポット溶接やC字溶接、リモート溶接で求められる高精度の位置制御に欠かせないのもガルバノスキャナです。

3. 研究領域

現在世界的に高い注目を集めている生化学や生物工学などでは、レーザー顕微鏡が活躍しています。かつてはレーザー光の走査幅が狭く高解像度画像を得ることが困難でした。しかしガルバノスキャナの登場によって高精度かつ高速により広い走査が可能となっており、メガピクセル単位の画像取得を僅か数秒程度で処理できるまでになっています。これによって、例えば生きたままの細胞の活動を精密に観察することなどもできるようになり、分子レベルでの生化学研究が飛躍的に進化しています。ガルバノスキャナは、最先端研究領域の精度と速度アップを支える隠れた立役者の一人といっても過言ではないでしょう。

ガルバノスキャナの利用応用アプリケーション例

では、ガルバノスキャナの具体的な応用アプリケーションを見ていきましょう。

1. レーザー加工

レーザーマーキング

レーザマーキングは、対象物にレーザ光を照射して表面を溶かす、焦がす、剥離する、酸化させる、削る、変色させることでロゴや商品名、シリアル番号や型番などを印字する方法です。レーザマーキングは「マスク式」と「スキャン式」の2種類に大別できますが、ガルバノスキャナはスキャン式の心臓部としてなくてはならない存在です。
スキャン式レーザーマーキングは、1点のレーザ光を照射して、一筆書きのように印字していく方式です。具体的には発振器から照射されたレーザ光をスキャニングミラーで走査して対象物に印字します。従来のXY2軸制御をはじめ現在ではZ軸も制御することで様々な立体形状物にマーキングできる3Dレーザマーカも登場しています。この一連の動作がガルバノスキャナによって制御されています。ガルバノスキャナの最大の特長である極めて精密かつ高精度な制御能力によって、複雑な形状物でも極めて正確なマーキングが実現されています。

レーザートリマ

厚膜チップ抵抗器などではスクリーン印刷で各層を形成しています。アルミナ基板上に数百以上の抵抗体形成を一度に行いますので、わずかながら印刷状態にばらつきが存在します。つまり抵抗値にばらつきが生じるということになります。
抵抗値ばらつきのあるままチップにしても狙いの抵抗値は一部しか得られません。そこで抵抗値を調整するためにレーザートリミングが行われています。レーザートリミングは抵抗体を一素子ずつ測定しながらレーザーでカットしていき、狙いの抵抗値にするとともに、ばらつきを小さくする工程です。あらかじめ目標抵抗値より低め狙いで抵抗体を印刷します。抵抗体にトリミングを入れることで電流経路が狭くなり、抵抗値が上がります。狙いの抵抗値になったところでトリミングを止めることでチップ間のばらつきを小さくします。
この処理では極めて精密なカッティング制御が求められます。そこで活躍するのがガルバノスキャナというわけです。

レーザー穴あけ

レーザー光を一点に照射し、熱によって対象物を融解・蒸発させて穴をあける加工です。対象物によって波長や出力を変更することで、高精度な加工を実現します。また、円形にレーザー光を走査させることで対象物をくりぬくことも可能です。
レーザーによる穴あけは、従来型穴あけ技術に比べて利点が多いため、多数の産業の製造法に採用されています。 その利点として非接触加工、材料への低入熱、広範囲の材質に穴あけが行えるという柔軟性、精度、仕上げ状態が一定している、などが挙げられます。 レーザー光は指向性と集光性に優れ、照射部分のみを融解・蒸発させることができるので、微細な加工に適しています。レーザー光の集光スポット径や波長、出力、周波数などが自由に設定できることも要因のひとつ。また、近年では紫外線域の短波長レーザー光や超短波パルスレーザー光も利用され、ミクロンオーダーの加工も可能です。
このようなミクロンやナノ単位での制御で欠かせないのがガルバノスキャナです。

レーザー溶接

YAGレーザーやCO2レーザーを熱源に利用した溶接は「レーザー溶接」と呼ばれています。
レーザ光はエネルギー密度やパワー密度が高いので、融点が異なる素材を同時に融解させることができます。その特徴を活かし、通常であれば難しい融点の違う材料同士の溶接も実現できます。また、高密度なエネルギーをピンポイントに照射でき、高速で加工を終えられるので、熱による材料の歪みを最小限に抑えることが可能です。従来であれば変形が発生しやすかった、薄い材料などの溶接加工も容易に行えます。
これらのYAGレーザーやCO2レーザーによるレーザー溶接では、ガルバノスキャナによってレーザー光を伝送します。極小単位のピンポイント溶接が可能なレーザー溶接の強みを最大限に発揮するための心臓部がガルバノスキャナです。

2. バイオメディカル

光干渉断層計 (OCT)

光干渉断層画像診断 (Optical Coherence Tomography / OCT) は、ナノ単位の近赤外線レーザーを利用した非侵襲性の断層画像診断法です。非接触・非侵襲で撮像できるため診断対象を安全に診断することができます。また、リアルタイムで画像を取得できることから極めて短時間での診断できます。例えば、皆さんにも身近な応用例として眼科での網膜検査があります。緑内障などの検査では広く光干渉断層撮影装置が利用されています。
OCTでは微細な組織内部構造の視覚化が要求されるので、ナノ単位でも制御可能なガルバノスキャナが広く応用されています。

レーザー顕微鏡

非接触で簡単に表面形状を3次元計測できる顕微鏡装置が共焦点顕微鏡です。中でも高分解能での検出が可能なレーザー顕微鏡は高精度の3Dイメージングや細胞内小器官の活動を精密にイメージングできる装置として、最先端のバイオメディカル領域ではなくてはならない存在です。また近年ではバイオメディカルのみならず他産業分野でも広く活用されるようになりました。例えば電子部品産業では、電子機器類などの著しい小型化・高集積化に伴って部品や素材の微小3次元計測に対するニーズが高まっています。そこで高精度・高分解能かつ非接触で表面形状を3次元計測できるレーザー顕微鏡が注目され広く普及しています。
レーザー顕微鏡では、より大きな振り幅で高速に走査するためのレーザー光制御が不可欠。そこで欠かせないのがガルバノスキャナです。ガルバノスキャナを応用することで、極めて微細な単位のレーザー光を正確かつ高速に制御することが可能になります。

3. 検査/計測

3D形状計測

3D CADが話題となり、今ではほんの数年前には考えられなかったような産業製品も3D CADによって製造できるようになっています。このような光学式非接触三次元計測・製造技術へのニーズが急速に高まっており、それにともなって三次元形状処理技術に求められる精度・スピードも数年的は比較にならないほど高いレベルになっています。
このニーズに応えるための新たな技術として注目されているのが次世代の3D形状計測機器です。特にガルバノスキャナの特性を応用した機器は、より広い三次元の走査範囲を高速かつ精密に計測できることから様々な産業分野の検査/計測で活躍しています。

レーザー検査装置

レーザー光の特徴を利用して対象表面の傷や表面形状を検査する技術は、様々な産業製品の品質を高め、安全安心な社会生活を支えるとても重要なものです。かつては経験を積んだ検査官の目視に頼っていた検査をレーザー光検査装置に置き換えることによって、製品寿命を伸ばし、素材欠陥による不慮の事故を未然に防ぐことができるようになりました。
この検査装置の心臓部ともいえるのが、三次元の計測範囲を正確に走査するための制御をつかさどるがガルバノスキャナです。

様々な産業・研究分野の技術ニーズに応える
TEMのガルバノスキャナ

ここまで見てきたように、ガルバノスキャナに対する市場ニーズは多種多様です。一口に「ガルバノスキャナ」といっても、組み込む装置の種類や目的、構造、規模などによってその応用方法・構造・パーツは様々に異なります。このような多様なお客様のご要望に正確かつスピーディーに対応することがガルバノスキャナのサプライヤーに求められる最大の責務...
私たちTEMは、長年に渡って欧米の最新レーザー関連製品を日本国内の光学機器業界のお客様にタイムリーかつ高クオリティでご提供してきた実績と経験、そしてそこから学んだ見地にもとづいて、強力なサポート体制と高い技術力でお客様ニーズにお応えしています。

一般的な商社にはない充実した開発・サポート体制

TEM最大の強み - それは一般的な商社にはない開発・サポート体制。
商社としては珍しい独立した専門技術センターを擁しており、高い技術力を備えたエンジニアリングスタッフがお客様の製品導入時に必要となる各種開発サービスをご提供するとともに、安心して製品をご利用いただけるためのアフターサポートも併せてご提供しております。

お客様の多種多様なご要望にお応えするソリューション

  • 弊社独自のシミュレーション技術により、ガルバノミラー及び周辺機器の設計を迅速にサポート
  • 生産部門と密接に連携した物流体制を構築。海外製品の受入れ検査から最終出荷まで一貫して管理
  • 専門知識・技術を有するスタッフが様々な最新技術・製品を常時リサーチし、市場ニーズに沿った体制を維持
  • 長納期となりがちな海外レーザー関連製品において、お客様の必要数量情報を基に最適数をストック。お客様のご要求に応じたタイミングでの納品を実現

世界最高品質のガルバノスキャナをお届け

TEMは、ケンブリッジテクノロジーの世界最高品質の技術を弊社の国内サポートによってご提供いたします。
ケンブリッジテクノロジーは長年の経験に基づいてガルバノスキャナのレーザービームステアリングソリューションに取り組んでいるワールドワイドトップベンダー。産業分野における様々なアプリケーション向け製品はもとよりバイオメディカル・研究分野のニーズにも対応した各種製品を世界規模で提供しています。

TEMでは、東京都八王子市に技術センターを構え、豊富な経験と蓄積された知識で、お客様の研究開発をアシストいたします。また、ガルバノスキャナユニットのOEM安定供給を実現すべく日本国内の品質、サービスの体制強化に取組んでおります。